JPH0518740A - Probe for surface observation device and manufacture thereof, and surface observation device - Google Patents
Probe for surface observation device and manufacture thereof, and surface observation deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は導体、絶縁体、磁性体
試料と探針とを接近したときに発生する原子間力、磁気
力、トンネル電流を利用する装置たとえば原子間力顕微
鏡、磁気力顕微鏡、トンネル顕微鏡、その類似装置に用
いる表面観察装置用プローブおよびその製造方法ならび
に表面観察装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device utilizing atomic force, magnetic force and tunnel current generated when a conductor, an insulator, a magnetic material sample and a probe are brought close to each other, such as an atomic force microscope and a magnetic force. The present invention relates to a probe for a surface observing device used for a microscope, a tunnel microscope, and a device similar to the microscope, a manufacturing method thereof, and a surface observing device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡は、探針と試料と
の間に電圧を印加し、探針と試料との距離を接近したと
きに得られるトンネル電流および電界放射電流を利用し
て、導体試料の表面形態を調べる装置である。一方、原
子間力顕微鏡は、導体、絶縁体試料に探針を接近したと
きに発生する原子間力を利用して表面状態を調べる装置
である。また、磁気力顕微鏡は、探針として磁性体を用
い、この磁性探針と磁性試料の間に発生する磁気力を利
用して試料の磁化状態を調べる装置である。2. Description of the Related Art A scanning tunneling microscope uses a tunnel current and a field emission current obtained when a voltage is applied between a probe and a sample and the distance between the probe and the sample is reduced, and This is a device for examining the surface morphology of a sample. On the other hand, the atomic force microscope is an apparatus for investigating the surface state by using the atomic force generated when the probe approaches the conductor or insulator sample. The magnetic force microscope is a device that uses a magnetic substance as a probe and examines the magnetization state of the sample by using the magnetic force generated between the magnetic probe and the magnetic sample.
【０００３】すなわち、原子間力顕微鏡や磁気力顕微鏡
は、探針（チップ）と試料表面の相互作用によって生ず
る引力あるいは斥力を探針を設置したプレート（カンチ
レバー）の変位に変換して試料の表面情報を検出する装
置である。That is, in the atomic force microscope and the magnetic force microscope, the attractive force or repulsive force generated by the interaction between the probe (chip) and the sample surface is converted into the displacement of the plate (cantilever) on which the probe is installed, and the surface of the sample is converted. A device that detects information.
【０００４】図２０は従来の表面観察装置用プローブを
示す斜視図である。この表面観察装置用プローブにおい
ては、保持板３にプレート２が接着されており、プレー
ト２に探針１が設けられている。FIG. 20 is a perspective view showing a conventional probe for a surface observation apparatus. In this probe for a surface observation device, the plate 2 is bonded to the holding plate 3, and the probe 1 is provided on the plate 2.
【０００５】このような表面観察装置用プローブを製造
するにはつぎのようにする。すなわち、まず図２１(ａ)
に示すように、シリコン基板４に半導体リソグラフィ技
術、異方性エッチングにより凹部５を設ける。つぎに、
図２１(ｂ)に示すように、シリコン基板４の表面を熱酸
化することにより、酸化シリコン膜からなるプレート２
を形成する。つぎに、図２１(ｃ)に示すように、プレー
ト２に保持板３を接着する。つぎに、図２１(ｄ)に示す
ように、シリコン基板４をエッチングにより除去する。To manufacture such a probe for a surface observation apparatus, the following is performed. That is, first, FIG. 21 (a)
As shown in FIG. 3, the recess 5 is formed in the silicon substrate 4 by the semiconductor lithography technique and anisotropic etching. Next,
As shown in FIG. 21 (b), the plate 2 made of a silicon oxide film is formed by thermally oxidizing the surface of the silicon substrate 4.
To form. Next, as shown in FIG. 21C, the holding plate 3 is bonded to the plate 2. Next, as shown in FIG. 21D, the silicon substrate 4 is removed by etching.
【０００６】なお、磁性探針と試料とを接近して得られ
る磁気力を利用した走査型磁気力顕微鏡における試料の
磁気的情報の取得方法については、ジャーナル オブ
バキューム サイエンス テクノロジー（J. Vac. Sci.
Technol.）Ａ６（１９８８年）２７９〜２８２頁ある
いはアプライドフィジックス レターズ、５０巻（１９
８７年）１４５５〜１４５７頁において論じられてお
り、また原子間力顕微鏡用のプローブ製造方法について
は、特開平１−２６２４０３号公報、ジャーナル オブ
バキューム サイエンス テクノロジー Ａ６、巻２
号（１９８８）２７１頁およびジャーナル オブ バキ
ューム サイエンス テクノロジー Ａ、８巻、４号
（１９９０）３３８６頁において論じられている。Regarding the method of acquiring the magnetic information of the sample in the scanning magnetic force microscope using the magnetic force obtained by bringing the magnetic probe and the sample close to each other, see Journal of
Vacuum Science Technology (J. Vac. Sci.
Technol.) A6 (1988) pp. 279-282 or Applied Physics Letters, Volume 50 (19
1987) 1455 to 1457, and the method for producing a probe for an atomic force microscope is described in JP-A-1-262403, Journal of Vacuum Science Technology A6, Volume 2.
(1988) page 271 and Journal of Vacuum Science Technology A, Vol. 8, No. 4, (1990) page 3386.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このような表面観察装
置用プローブにおいては、シリコン基板４に別の基板を
接着して保持板３を形成し、シリコン基板４をエッチン
グにより除去しなければならないから、容易に製造する
ことができず、製造コストが高価になる。また、原子間
力顕微鏡や磁気力顕微鏡でＬＳＩや磁気ディスク基板の
微細な深溝構造や磁区を観察するためには、顕微鏡に搭
載する探針１の先端を長くしかも鋭利にして、試料表面
をプロービングし易い構造にする必要がある。しかし、
従来の表面観察装置用プローブにおいては、シリコン基
板４の異方性エッチングにより探針１を有するプレート
２を形成しているため、たとえば（１００）面を異方性
エッチングして形成した探針１の頂角θは約７０．６度
と大きく、しかも探針１の先端部の曲率半径も大きいた
めに、高分解能の表面情報を再現性良く得ることが困難
である。また、探針１に磁性体を付着して磁性プローブ
を構成したとき、先端部以外に付着した磁性体により試
料表面の漏洩磁界分布が乱され、その結果磁気力情報の
分解能が低下する。また、プローブを支持・固定する保
持板３の形状が適切でなく、試料が僅かに傾くと、保持
板３の角部が試料に接触して、測定できない。In such a probe for a surface observing device, it is necessary to adhere another substrate to the silicon substrate 4 to form the holding plate 3 and remove the silicon substrate 4 by etching. However, it cannot be easily manufactured, and the manufacturing cost becomes high. Further, in order to observe a fine deep groove structure or magnetic domain of an LSI or a magnetic disk substrate with an atomic force microscope or a magnetic force microscope, the tip of the probe 1 mounted on the microscope is made long and sharp to probe the sample surface. It is necessary to make the structure easy to do. But,
In the conventional probe for surface observation apparatus, since the plate 2 having the probe 1 is formed by anisotropic etching of the silicon substrate 4, for example, the probe 1 formed by anisotropically etching the (100) plane is formed. Since the apex angle θ is as large as about 70.6 degrees and the radius of curvature of the tip of the probe 1 is also large, it is difficult to obtain high resolution surface information with good reproducibility. When a magnetic substance is attached to the probe 1 to form a magnetic probe, the leakage magnetic field distribution on the surface of the sample is disturbed by the magnetic substance attached to the portion other than the tip, and as a result, the resolution of the magnetic force information decreases. Further, the shape of the holding plate 3 for supporting / fixing the probe is not appropriate, and when the sample is slightly tilted, the corners of the holding plate 3 come into contact with the sample and measurement cannot be performed.
【０００８】この発明は上述の課題を解決するためにな
されたもので、製造コストが安価となり、高分解能、高
感度の原子間力や磁気力等の表面観察に好適な表面観察
装置用プローブおよびその製造方法ならびに表面観察装
置を提供するを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the manufacturing cost is low, and a probe for a surface observing device suitable for observing surfaces such as atomic force and magnetic force with high resolution and high sensitivity, and It is an object of the present invention to provide a manufacturing method thereof and a surface observation device.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、この発明においては、探針と、試料と上記探針との
間に作用した力を変位に変換するプレートとを有する表
面観察装置用プローブにおいて、上記探針を上記プレー
トと一体で形成し、上記プレートの上記探針が突き出し
ている側と反対側の面に保持板を上記プレートと一体に
構成する。In order to achieve this object, in the present invention, a surface observation apparatus having a probe and a plate for converting a force acting between the sample and the probe into a displacement. In the probe, the probe is integrally formed with the plate, and a holding plate is integrally formed with the plate on the surface of the plate opposite to the side where the probe is projected.
【００１０】この場合、上記保持板の上記プレート突出
部の側壁面の左右の角部を欠落する。In this case, the left and right corners of the side wall surface of the plate projecting portion of the holding plate are omitted.
【００１１】また、上記保持板の上記プレート突出部の
側壁面の傾斜角度を上記プレートの面に対して０〜９０
度とする。Further, the inclination angle of the side wall surface of the plate protrusion of the holding plate is 0 to 90 with respect to the surface of the plate.
Degree.
【００１２】また、上記保持板の上記プレート突出部の
側壁面の幅を上記プレートの幅よりも大きくする。Further, the width of the side wall surface of the plate projecting portion of the holding plate is made larger than the width of the plate.
【００１３】また、上記プレートの一部にトンネル電流
検出用の針を設ける。Further, a needle for detecting a tunnel current is provided on a part of the plate.
【００１４】この場合、上記トンネル電流検出用の針を
上記探針と一体で形成する。In this case, the tunnel current detecting needle is formed integrally with the probe.
【００１５】また、探針と、試料と上記探針との間に作
用した力を変位に変換するプレートとを有する表面観察
装置用プローブを製造する方法において、シリコン基板
に形成した酸化シリコンまたは窒化シリコンの薄膜を素
材として上記探針および上記プレートを形成し、上記シ
リコン基板を加工することにより上記保持板を形成す
る。Further, in a method of manufacturing a probe for a surface observation apparatus having a probe and a plate for converting a force acting between the sample and the probe into a displacement, silicon oxide or nitride formed on a silicon substrate is used. The probe and the plate are formed using a silicon thin film as a material, and the silicon substrate is processed to form the holding plate.
【００１６】この場合、上記シリコン基板を異方性エッ
チングで加工した突起部の斜面に上記探針を形成し、上
記突起部の斜面の下部の平坦面に上記プレートを形成
し、上記シリコン基板の一部で上記保持板を形成する。In this case, the probe is formed on the slope of the protrusion obtained by processing the silicon substrate by anisotropic etching, the plate is formed on the flat surface below the slope of the protrusion, and the plate of the silicon substrate is formed. The holding plate is formed in part.
【００１７】この場合、上記シリコン基板の面を（１０
０）面に対して０〜２０度の範囲で傾斜する。In this case, the surface of the silicon substrate is (10
It is inclined in the range of 0 to 20 degrees with respect to the (0) plane.
【００１８】また、上記探針の面に磁性体を付着する。A magnetic substance is attached to the surface of the probe.
【００１９】また、上記探針の先端を集束イオンビーム
で鋭利に加工する。Further, the tip of the probe is sharply processed with a focused ion beam.
【００２０】また、上記プレートの一端に探針材料を移
植して上記探針を形成し、集束イオンビームで上記探針
の頂角を５５度以下に鋭く尖らせる。Further, a probe material is implanted into one end of the plate to form the probe, and the apex angle of the probe is sharply sharpened to 55 degrees or less by a focused ion beam.
【００２１】また、上記探針および上記プレートの面に
磁性体を付着したのちに、上記探針を構成する部分以外
の面の上記磁性体を集束イオンビームで除去する。After the magnetic substance is attached to the surfaces of the probe and the plate, the magnetic substance on the surface other than the portion constituting the probe is removed by a focused ion beam.
【００２２】また、探針と、試料と上記探針との間に作
用した力を変位に変換するプレートとを有する表面観察
装置用プローブおよび上記表面観察装置用プローブの変
位を検出する変位検出手段を有する表面観察装置におい
て、上記探針を上記プレートと一体で形成し、上記プレ
ートの上記探針が形成されている側と反対側の面に保持
板を上記プレートと一体に構成する。A probe for a surface observing device having a probe and a plate for converting a force acting between the sample and the probe into a displacement, and a displacement detecting means for detecting the displacement of the probe for the surface observing device. In the surface observation apparatus having the above, the probe is formed integrally with the plate, and a holding plate is formed integrally with the plate on the surface of the plate opposite to the side where the probe is formed.
【００２３】この場合、上記探針の長さを３μｍ以上と
する。In this case, the length of the probe is set to 3 μm or more.
【００２４】また、上記探針の材質と上記プレートの材
質とを相違させる。The material of the probe and the material of the plate are made different.
【００２５】また、上記探針の頂角を５５度以下とし、
上記探針の最先端部の曲率半径を５０ｎｍ以下とする。The apex angle of the probe is 55 degrees or less,
The radius of curvature of the tip of the probe is 50 nm or less.
【００２６】また、上記探針の先端部に磁性体を付着す
る。A magnetic substance is attached to the tip of the probe.
【００２７】[0027]
【作用】この発明の表面観察装置用プローブ、その製造
方法、表面観察装置においては、容易に製造することが
きでる。The probe for surface observing apparatus, the method of manufacturing the same and the surface observing apparatus of the present invention can be easily manufactured.
【００２８】また、保持板のプレート突出部の側壁面の
傾斜角度をプレートの面に対して０〜９０度とすれば、
プレートに変位測定手段を接近させやすい。If the inclination angle of the side wall surface of the plate protruding portion of the holding plate is 0 to 90 degrees with respect to the plate surface,
It is easy to bring the displacement measuring means close to the plate.
【００２９】また、保持板のプレート突出部の側壁面の
左右の角部を欠落すれば、保持板の角部が試料に接触す
ることがない。If the left and right corners of the side wall surface of the plate protrusion of the holding plate are omitted, the corners of the holding plate will not come into contact with the sample.
【００３０】また、保持板のプレート突出部の側壁面の
幅をプレートの幅よりも大きくすれば、プレートの保持
板から突出した部分だけがたわむ。If the width of the side wall surface of the plate projecting portion of the holding plate is made larger than the width of the plate, only the portion of the plate projecting from the holding plate bends.
【００３１】また、プレートの一部にトンネル電流検出
用の針を設ければ、端面が平坦な金属棒を用いてトンネ
ル電流を検出することができる。Further, if a needle for detecting a tunnel current is provided on a part of the plate, the tunnel current can be detected using a metal rod having a flat end surface.
【００３２】また、トンネル電流検出用の針を探針と一
体で形成すれば、トンネル電流検出用の針を容易に製造
することができる。If the needle for detecting the tunnel current is formed integrally with the probe, the needle for detecting the tunnel current can be easily manufactured.
【００３３】また、シリコン基板を異方性エッチングで
加工した突起部の斜面に探針を形成し、突起部の斜面の
下部の平坦面にプレートを形成し、シリコン基板の一部
で保持板を形成すれば、容易に製造することがきでる。Further, a probe is formed on the slope of the protrusion obtained by processing the silicon substrate by anisotropic etching, a plate is formed on the flat surface below the slope of the protrusion, and a holding plate is formed by a part of the silicon substrate. Once formed, it can be easily manufactured.
【００３４】また、シリコン基板の面を（１００）面に
対して０〜２０度の範囲で傾斜すれば、プレートの面と
探針の面とのなす角を５４．７度±２０度の範囲で任意
に定めることができる。If the surface of the silicon substrate is tilted with respect to the (100) plane in the range of 0 to 20 degrees, the angle formed by the surface of the plate and the surface of the probe is in the range of 54.7 degrees ± 20 degrees. Can be set arbitrarily.
【００３５】また、探針の面に磁性体を付着すれば、磁
気顕微鏡のプローブとして使用することができる。If a magnetic substance is attached to the surface of the probe, it can be used as a probe for a magnetic microscope.
【００３６】また、探針の先端を集束イオンビームで鋭
利に加工すれば、解像度を向上することができる。If the tip of the probe is sharply processed with a focused ion beam, the resolution can be improved.
【００３７】また、プレートの一端に探針材料を移植し
て探針を形成し、集束イオンビームで探針の頂角を５５
度以下に鋭く尖らせれば、解像度を向上することができ
る。Further, a probe material is implanted into one end of the plate to form a probe, and the apex angle of the probe is set to 55 with a focused ion beam.
The resolution can be improved by sharpening the sharpness to less than a degree.
【００３８】また、探針およびプレートの面に磁性体を
付着したのちに、探針を構成する部分以外の面の磁性体
を集束イオンビームで除去すれば、漏洩磁界分布が乱さ
れることがない。If the magnetic substance is attached to the surfaces of the probe and the plate and then the magnetic substance on the surface other than the portion forming the probe is removed by the focused ion beam, the leakage magnetic field distribution may be disturbed. Absent.
【００３９】また、探針の長さを３μｍ以上とすれば、
アスペクト比の大きい起伏を有する試料の表面情報を得
ることができる。If the length of the probe is 3 μm or more,
Surface information of a sample having undulations with a large aspect ratio can be obtained.
【００４０】また、探針の頂角を５５度以下とし、探針
の最先端部の曲率半径を５０ｎｍ以下とすれば、正確な
試料の表面情報を得ることができる。If the vertex angle of the probe is 55 degrees or less and the radius of curvature of the tip of the probe is 50 nm or less, accurate surface information of the sample can be obtained.
【００４１】また、探針の先端部に磁性体を付着すれ
ば、磁気顕微鏡として使用することができる。If a magnetic substance is attached to the tip of the probe, it can be used as a magnetic microscope.
【００４２】[0042]
【実施例】図１はこの発明に係る表面観察装置用プロー
ブを示す概観斜視図、図２は同じく断面図である。この
表面観察装置用プローブは、針状の探針１１と三角形状
のプレート１２と保持板１３とで構成され、探針１１は
プレート１２と異なった角度で形成されている。また、
プレート１２を固定・保持する保持板１３が探針１１が
突き出している側と反対側に形成されている。保持板１
３のプレート１２突出部の側壁面１６はプレート１２の
面に対して９０度以下の角度を有しており、側壁面１６
の左右の角部には斜面１５が設けられている。プレート
１２の一端を支えるために、側壁面１６はプレート１２
の幅よりも大きな辺を有し、プレート１２だけが撓むこ
とのできる構造となっている。1 is a schematic perspective view showing a probe for a surface observation apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of the same. The probe for a surface observation apparatus is composed of a needle-shaped probe 11, a triangular plate 12, and a holding plate 13, and the probe 11 is formed at an angle different from that of the plate 12. Also,
A holding plate 13 that fixes and holds the plate 12 is formed on the side opposite to the side where the probe 11 projects. Holding plate 1
3, the side wall surface 16 of the protruding portion of the plate 12 has an angle of 90 degrees or less with respect to the surface of the plate 12.
Slopes 15 are provided at the left and right corners. In order to support one end of the plate 12, the side wall surface 16 has the plate 12
Has a side larger than the width, and only the plate 12 can be bent.
【００４３】ここで、プレート１２の幅に対する保持板
１３の幅は５０倍以下に設定するのが望ましい。この場
合、保持板１３の幅を小さくすること以外に左右の角部
を欠落させた構造にすれば、保持板１３が左右に傾くこ
とによる試料への接触現象を防止することができる。ま
た、探針１１の頂角は高分解能の表面情報を得るために
５５度以下、望ましくは３０度以下にするのがよい。さ
らに、探針１１の先端部の曲率半径を５０ｎｍ以下にす
るのが望ましい。また、アスペクト比の大きい起伏を有
する試料の表面情報を得ることを可能とするために、探
針１１の長さを３μｍ以上とするのが望ましい。また、
高感度の力検出のために、プレート１２のバネ定数は３
Ｎ／ｍ以下にするのが望ましい。Here, the width of the holding plate 13 with respect to the width of the plate 12 is preferably set to 50 times or less. In this case, a structure in which the left and right corners are omitted in addition to reducing the width of the holding plate 13 can prevent the phenomenon of contact with the sample due to the holding plate 13 tilting left and right. Further, the apex angle of the probe 11 is preferably 55 degrees or less, more preferably 30 degrees or less in order to obtain high resolution surface information. Furthermore, it is desirable that the radius of curvature of the tip of the probe 11 be 50 nm or less. Further, in order to be able to obtain the surface information of the sample having the undulation with a large aspect ratio, it is desirable that the length of the probe 11 is 3 μm or more. Also,
In order to detect the force with high sensitivity, the spring constant of the plate 12 is 3
It is desirable to set it to N / m or less.
【００４４】図３はこの発明に係る表面観察装置用プロ
ーブを示す概観斜視図である。この表面観察装置用プロ
ーブにおいては、プローブの取扱易さを考慮して、保持
板１３全体を大きくして、プレート１２を支える突出し
部８０を設けている。保持板１３は突出し部８０の左右
の部分が大きく取り除かれている。FIG. 3 is a schematic perspective view showing a probe for a surface observation apparatus according to the present invention. In this probe for a surface observation apparatus, the holding plate 13 as a whole is enlarged and a protruding portion 80 for supporting the plate 12 is provided in consideration of the handleability of the probe. The holding plate 13 is largely removed at the left and right portions of the protruding portion 80.
【００４５】なお、上述の表面観察装置用プローブで
は、探針１１の頂角とプレート１２部の開き角度とを等
しくしているが、図４、図５に示すように、探針１１の
頂角θ1をプレート１２の開き角度θ2より小さく設定す
れば、プローブの横ぶれに対する安定性を図ることがで
きる。In the probe for the surface observing device described above, the apex angle of the probe 11 and the opening angle of the plate 12 are made equal. However, as shown in FIGS. If the angle θ 1 is set to be smaller than the opening angle θ 2 of the plate 12, the stability of the probe against side shake can be achieved.
【００４６】つぎに、図１に示した表面観察装置用プロ
ーブの使用例を図６を用いて説明する。図６はこの発明
によるプローブを原子間力顕微鏡に適用した例を示す。
探針１１と試料５０との間に生じる原子間力が一定に保
たれるようにサーボするためのトンネル電流検出用のＳ
ＴＭの針４０はプレート１２の上部にセッティングされ
ており、プローブが試料の表面をトレースすることによ
って表面の形状を測定することができる。この発明にお
けるプローブの探針１１は通常用いられる原子間力顕微
鏡用のプローブの針先に比べて長く、しかも試料５０の
表面に対してほぼ垂直に置かれるので、ＬＳＩの深溝形
状、光ディスクの孔形状、磁気ディスクの表面形状を精
密に測定するのに好適な形状となっている。Next, an example of using the probe for the surface observation apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows an example in which the probe according to the present invention is applied to an atomic force microscope.
S for tunneling current detection for servoing so that the interatomic force generated between the probe 11 and the sample 50 is kept constant.
The TM needle 40 is set on the upper portion of the plate 12, and the shape of the surface can be measured by the probe tracing the surface of the sample. Since the probe tip 11 of the present invention is longer than the tip of a probe for an atomic force microscope that is usually used and is placed almost perpendicular to the surface of the sample 50, the deep groove shape of the LSI and the hole of the optical disc. The shape is a shape suitable for precisely measuring the surface shape of the magnetic disk.
【００４７】図７は図１に示した表面観察装置用プロー
ブの変位計測を光で行なうときの測定系の構成を示す。
すなわち、光源６０から発するレーザ光７０がビームス
プリッタ６１を通過して一部はプローブのプレート１２
に達し、残りは検出器６２に達する。レーザ光７０はあ
るスポット径を持っているので、プレート１２に向かう
レーザ光７０の一部がプレート１２から外れる場合もあ
りうるが、外れた光は図の破線で示す光路７１を通り、
プレート１２で反射した光だけが元の光路を経てビーム
スプリッタ６１を通って検出器６２に達する。そして、
光源６０からビームスプリッタ６１を経て直接検出器６
２に達した光とプレート１２で反射した光に位相差の相
違を生じる。この結果、光の干渉を生じるので検出器６
２によって光の強弱を検出して変位の測定が可能にな
る。FIG. 7 shows the configuration of a measurement system when the displacement of the probe for the surface observation apparatus shown in FIG. 1 is measured by light.
That is, the laser light 70 emitted from the light source 60 passes through the beam splitter 61 and a part of the laser light 70 is emitted from the plate 12 of the probe.
, And the rest reaches the detector 62. Since the laser light 70 has a certain spot diameter, there is a possibility that a part of the laser light 70 traveling toward the plate 12 may be deviated from the plate 12, but the deviated light passes through an optical path 71 shown by a broken line in the figure,
Only the light reflected by the plate 12 reaches the detector 62 through the beam splitter 61 via the original optical path. And
Direct detector 6 from light source 60 via beam splitter 61
A difference in phase difference occurs between the light reaching 2 and the light reflected by the plate 12. As a result, light interference occurs, so that the detector 6
2 makes it possible to measure displacement by detecting the intensity of light.
【００４８】この発明におけるプローブを用いれば、試
料５０からの反射光は検出されないので、正規の信号に
対する雑音の比（Ｓ／Ｎ比）は大きくなるから、測定感
度を向上することができる。また、保持板１３の角部を
欠落したときには、プローブが試料５０に対して相対的
にわずか回転した状態で設置されても、保持板１３が試
料５０に接触しにくい。また、プローブのプレート１２
に対する保持板１３のプレート突出部の側壁面１６の傾
斜を９０度以下にすれば、ＳＴＭの針４０等の変位測定
手段を接近させやすい。このように、この発明のプロー
ブは操作性に優れ、表面観察装置用プローブとしても極
めて好適な形状である。When the probe according to the present invention is used, since the reflected light from the sample 50 is not detected, the ratio of noise to the regular signal (S / N ratio) becomes large, so that the measurement sensitivity can be improved. Further, when the corner portion of the holding plate 13 is missing, the holding plate 13 is unlikely to come into contact with the sample 50 even if the probe is installed in a state in which the probe is slightly rotated with respect to the sample 50. Also, the probe plate 12
By setting the inclination of the side wall surface 16 of the plate protruding portion of the holding plate 13 to 90 degrees or less, the displacement measuring means such as the needle 40 of the STM can be easily approached. As described above, the probe of the present invention is excellent in operability and has a very suitable shape as a probe for a surface observation device.
【００４９】その他のプローブとして、図８(ａ)〜(ｃ)
に示すように、探針１１の形状を同一にして、プレート
１２の形状を様々に変化させる構造が考えられる。Other probes are shown in FIGS. 8 (a)-(c).
As shown in FIG. 3, a structure in which the shape of the probe 11 is made the same and the shape of the plate 12 is variously changed can be considered.
【００５０】また、極微細な溝を観察するには、探針１
１の先端部のアスペクト比を大きくし、さらに鋭利にす
る必要があるが、この手段として集束イオンビームを用
いた加工がある。イオンビームの直径は適当な集束用の
レンズを用いれば０．１μｍ以下に集束させることが可
能である。図９はこのような目的で加工した探針１１の
先端を示す。For observing extremely fine grooves, the probe 1
Although it is necessary to increase the aspect ratio of the tip portion of No. 1 and make it sharper, there is processing using a focused ion beam as this means. The diameter of the ion beam can be focused to 0.1 μm or less by using an appropriate focusing lens. FIG. 9 shows the tip of the probe 11 processed for such a purpose.
【００５１】一方、磁気ディスク表面の磁区を測定する
ために、図１０に示すように、プローブの先端に磁性材
１８を添付して、磁気顕微鏡用のプローブとして用いる
こともできる。また、磁性材１８を添付したプローブの
先端を集束イオンビームで加工し、さらに鋭利な針先を
形成して解像度を向上させることも可能である。On the other hand, in order to measure the magnetic domains on the surface of the magnetic disk, a magnetic material 18 may be attached to the tip of the probe as shown in FIG. 10 and used as a probe for a magnetic microscope. It is also possible to improve the resolution by processing the tip of the probe attached with the magnetic material 18 with a focused ion beam to form a sharp needle tip.
【００５２】図１１はこの発明における別形状のプロー
ブを示す。すなわち、プローブ自身がプレート１２の上
にトンネル電流を検出するための針２７を有している。
この場合、針２７の材料が誘電体であれば、表面に予め
Ｃｒ、Ａｕ等の金属を蒸着させることによって、トンネ
ル電流の検出が可能である。すなわち、図１に示したプ
ローブでは、プレート１２の変位をトンネル電流で検出
するために、図６に示すように、プレート１２にＳＴＭ
の針４０を接近させるが、図１１に示すプローブでは、
ＳＴＭの針４０の替わりに端面が平坦な金属棒を用い、
検出されたトンネル電流が一定となるように金属棒をピ
エゾ素子等で位置制御することで、試料の表面形状を計
測することができる。FIG. 11 shows another type of probe according to the present invention. That is, the probe itself has the needle 27 on the plate 12 for detecting the tunnel current.
In this case, if the material of the needle 27 is a dielectric, the tunnel current can be detected by previously depositing a metal such as Cr or Au on the surface. That is, in the probe shown in FIG. 1, in order to detect the displacement of the plate 12 by the tunnel current, as shown in FIG.
The needle 40 of FIG.
Instead of the STM needle 40, use a metal rod with a flat end surface,
The surface shape of the sample can be measured by controlling the position of the metal rod with a piezo element or the like so that the detected tunnel current becomes constant.
【００５３】なお、プローブの材質としてはＳｉ、酸化
シリコン、窒化シリコン、ダイヤモンド、Ｗ、Ｎｉ、ス
テンレス鋼等を用いることができる。As the material of the probe, Si, silicon oxide, silicon nitride, diamond, W, Ni, stainless steel or the like can be used.
【００５４】つぎに、これまで述べた各プローブの製造
方法を詳細に説明する。Next, the method for manufacturing each probe described above will be described in detail.
【００５５】初めに、図１３により図１に示したプロー
ブの製造方法を説明する。まず、図１３(ａ)に示すよう
に、（１００）を面方位とするシリコン基板１９に熱拡
散によって酸化シリコン膜２１を形成する。つぎに、図
１３(ｂ)に示すように、レジストを塗布して、酸化シリ
コン膜２１の開口パターンを形成する。つぎに、図１３
(ｃ)に示すように、水酸化カリウム等のアルカリ系の水
溶液で異方性エッチングを行なうことにより、突起部の
斜面３０を形成する。この時に生じる斜面３０はエッチ
レートの遅い（１１１）面で、シリコン基板１９の（１
００）面に対して約５４．７度傾いている。つぎに、図
１３(ｄ)に示すように、酸化シリコン膜２１を除去し、
シリコン基板１９の全面に酸化シリコン膜１４を形成す
る。つぎに、図１３(ｅ)に示すように、斜面３０が形成
された側にレジスト３１を塗布する。つぎに、図１３
(ｆ)に示すように、露光・現像を行なって、レジストパ
ターン３２を形成する。このレジストパターン３２をマ
スクとしてフッ化水素酸とフッ化アンモニウムとの混合
液等で酸化シリコン膜１４をエッチングすると、図１３
(ｇ)に示すように、斜面３０に形成される探針１１と、
斜面３０下部のエッチングで低くなった（１００）面に
形成されるプレート１２とからなるプローブパターン１
３０がシリコン基板１９に形成される。この後、図１３
(ｈ)に示すように、シリコン基板１９の裏面にエッチン
グするための開口部３３を形成する。最後に、図１３
(ｉ)に示すように、ＫＯＨ等のアルカリ水溶液で再びシ
リコン基板１９を異方性エッチングする。First, a method of manufacturing the probe shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 13A, a silicon oxide film 21 is formed by thermal diffusion on a silicon substrate 19 having a plane orientation of (100). Next, as shown in FIG. 13B, a resist is applied to form an opening pattern of the silicon oxide film 21. Next, FIG.
As shown in (c), the slope 30 of the protrusion is formed by performing anisotropic etching with an alkaline aqueous solution such as potassium hydroxide. The sloped surface 30 generated at this time is a (111) surface having a slow etching rate and is formed by (1) of the silicon substrate 19.
It is inclined about 54.7 degrees with respect to the (00) plane. Next, as shown in FIG. 13D, the silicon oxide film 21 is removed,
A silicon oxide film 14 is formed on the entire surface of the silicon substrate 19. Next, as shown in FIG. 13E, a resist 31 is applied to the side where the slope 30 is formed. Next, FIG.
As shown in (f), exposure and development are performed to form a resist pattern 32. When the silicon oxide film 14 is etched with a mixed solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride or the like using the resist pattern 32 as a mask, FIG.
As shown in (g), the probe 11 formed on the slope 30 and
A probe pattern 1 including a plate 12 formed on a (100) surface which is lowered by etching below a slope 30.
30 is formed on the silicon substrate 19. After this, FIG.
As shown in (h), an opening 33 for etching is formed on the back surface of the silicon substrate 19. Finally, FIG.
As shown in (i), the silicon substrate 19 is anisotropically etched again with an alkaline aqueous solution such as KOH.
【００５６】この製造方法においては、検針１１を（１
１１）面に形成して、しかもプレート１２を斜面３０よ
りも低くなった（１００）面に形成するから、探針１１
の先端側にシリコンが存在しない。この結果、もう一つ
の基板にプローブを接合した後にシリコン基板１９をエ
ッチングですべて除去するような煩雑な工程を省略する
ことができ、安価なプローブを提供することができる。In this manufacturing method, the meter reading 11 is set to (1
11) and the plate 12 is formed on the (100) surface which is lower than the slope 30.
There is no silicon on the tip side of. As a result, it is possible to omit a complicated process such as removing all the silicon substrate 19 by etching after joining the probe to another substrate, and it is possible to provide an inexpensive probe.
【００５７】なお、この製造方法において、シリコン基
板１９の面が（１００）面に一致していると、プレート
１２の面と探針１１の面とのなす角度は５４．７度とな
る。一方、シリコン基板の面が（１００）面に対して０
〜２０度の範囲で傾斜させれば、プレート１２の面と探
針１１の面とのなす角を５４．７度±２０度の範囲で任
意に制御できる。また、マスクパターンの適切な選択に
よって、保持板１３の角部の欠落の量を制御することが
できる。このとき、斜面１５とは法線方向が異なった面
が現れる可能性もある。また、この実施例では一般の半
導体プロセスで良く用いられる面方位が（１００）のシ
リコンウエハについての製造方法について述べたが、イ
ンゴットからのシリコンウエハの切り出し方向を適当に
選択すれば、斜面３０のシリコン基板１９の面に対する
傾斜角度を０〜９０度の間で任意に変化させることがで
きる。また、保持板１３の角部の加工はマイクログライ
ンダを用いた機械加工によっても可能である。In this manufacturing method, when the surface of the silicon substrate 19 coincides with the (100) surface, the angle between the surface of the plate 12 and the surface of the probe 11 is 54.7 degrees. On the other hand, the surface of the silicon substrate is 0 with respect to the (100) surface.
By inclining in the range of up to 20 degrees, the angle between the surface of the plate 12 and the surface of the probe 11 can be arbitrarily controlled within the range of 54.7 degrees ± 20 degrees. Further, by appropriately selecting the mask pattern, it is possible to control the amount of missing corners of the holding plate 13. At this time, there is a possibility that a surface whose normal direction differs from that of the slope 15 appears. Further, in this embodiment, the manufacturing method for the silicon wafer having the plane orientation (100), which is often used in the general semiconductor process, has been described. However, if the cutting direction of the silicon wafer from the ingot is appropriately selected, the slope 30 can be formed. The inclination angle with respect to the surface of the silicon substrate 19 can be arbitrarily changed between 0 and 90 degrees. The corners of the holding plate 13 can be machined by using a micro grinder.
【００５８】つぎに、図１４により図１０に示すプロー
ブの製造方法を説明する。まず、図１４(ａ)に示すよう
に、図１３(ａ)〜(ｈ)と同様のプロセスで酸化シリコン
膜のプローブパターン１３０を形成する。つぎに、図１
４(ｂ)に示すように、レジスト３７を塗布した後、図１
４(ｃ)に示すように、露光・現像によってレジストの開
口パターン３４を探針１１の先端に形成する。つぎに、
図１４(ｄ)に示すように、磁性材膜３５を蒸着によって
形成した後、図１４(ｅ)に示すように、レジスト３７を
除去すると、探針１１にのみ磁性材１８が付着する。つ
ぎに、図１４(ｆ)に示すように、ＫＯＨ等のアルカリ水
溶液でシリコン基板１９を異方性エッチングすれば、磁
気顕微鏡用のプローブを形成できる。Next, a method of manufacturing the probe shown in FIG. 10 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 14A, a probe pattern 130 of a silicon oxide film is formed by the same process as in FIGS. 13A to 13H. Next, FIG.
As shown in FIG. 4 (b), after applying the resist 37, as shown in FIG.
As shown in FIG. 4C, a resist opening pattern 34 is formed on the tip of the probe 11 by exposure and development. Next,
After forming the magnetic material film 35 by vapor deposition as shown in FIG. 14D, when the resist 37 is removed as shown in FIG. 14E, the magnetic material 18 adheres only to the probe 11. Next, as shown in FIG. 14F, a probe for a magnetic microscope can be formed by anisotropically etching the silicon substrate 19 with an alkaline aqueous solution such as KOH.
【００５９】なお、磁性材１８の形成方法として、レジ
ストを用いたリフトオフ法を用いたが、小さな開口を有
するマスクを用いて探針１１の先端にだけ磁性材を蒸着
することも可能である。Although the lift-off method using a resist is used as the method for forming the magnetic material 18, it is also possible to deposit the magnetic material only on the tip of the probe 11 using a mask having a small opening.
【００６０】つぎに、図１５により図１１、図１２に示
したプローブの製造方法を説明する。まず、図１５(ａ)
に示すように、図１３(ａ)〜(ｄ)と同様にして、シリコ
ン基板１９に斜面３０を形成した後、酸化シリコン膜２
２を熱拡散によって形成する。つぎに、図１５(ｂ)に示
すように、斜面３０を有する面へのレジスト塗布、露光
および現像の工程により、レジストに正方形の開口パタ
ーンを形成し、このレジストをマスクとしてフッ化水素
酸とフッ化アンモニウムとの混合液を用いて酸化シリコ
ン膜２２のエッチングを行ない、レジストを除去して、
酸化シリコン膜２２に正方形の開口パターン３８を形成
する。つぎに、図１５(ｃ)に示すように、酸化シリコン
膜２２をマスクとしてシリコンの異方性エッチングを行
なうことにより、四角錐状の凹部３９を形成する。つぎ
に、図１５(ｄ)に示すように、酸化シリコン膜２２を全
て除去し、再び酸化シリコン膜１４をシリコン基板１９
の全面に形成する。つぎに、図１５(ｅ)に示すように、
レジスト３６を塗布する。つぎに、図１５(ｆ)に示すよ
うに、レジスト３６を露光・現像して、プローブ形状の
レジストパターンを形成し、これをマスクとしてフッ化
水素酸とフッ化アンモニウムとの混合液を用いて下層の
酸化シリコン膜１４をエッチングし、レジスト３６を除
去する。この結果、酸化シリコン膜１４のプローブパタ
ーン１３１が得られる。つぎに、図１５(ｇ)、(ｈ)に示
すように、図１３(ｈ)、(ｉ)と同様にして、斜面３０を
形成した面の裏側に適当なパターニングを行なってシリ
コン基板１９をエッチングすることによって、プレート
１２にトンネル電流を検出する四角錐状の針２７が形成
されたプローブが得られる。Next, a method of manufacturing the probe shown in FIGS. 11 and 12 will be described with reference to FIG. First, FIG. 15 (a)
13A to 13D, after forming the slope 30 on the silicon substrate 19, the silicon oxide film 2 is formed.
2 is formed by thermal diffusion. Next, as shown in FIG. 15 (b), a square opening pattern is formed in the resist by the steps of resist application, exposure and development on the surface having the slope 30, and using this resist as a mask, hydrofluoric acid is used. The silicon oxide film 22 is etched using a mixed solution with ammonium fluoride to remove the resist,
A square opening pattern 38 is formed in the silicon oxide film 22. Next, as shown in FIG. 15C, a quadrangular pyramid-shaped recess 39 is formed by anisotropically etching silicon using the silicon oxide film 22 as a mask. Next, as shown in FIG. 15D, the silicon oxide film 22 is entirely removed, and the silicon oxide film 14 is removed again to form the silicon substrate 19 thereon.
Is formed on the entire surface of. Next, as shown in FIG.
The resist 36 is applied. Next, as shown in FIG. 15 (f), the resist 36 is exposed and developed to form a probe-shaped resist pattern, which is used as a mask and a mixed solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride is used. The lower silicon oxide film 14 is etched and the resist 36 is removed. As a result, the probe pattern 131 of the silicon oxide film 14 is obtained. Next, as shown in FIGS. 15 (g) and 15 (h), in the same manner as in FIGS. 13 (h) and 13 (i), appropriate patterning is performed on the back side of the surface on which the slope 30 is formed to form the silicon substrate 19. By etching, a probe in which a quadrangular pyramid-shaped needle 27 for detecting a tunnel current is formed on the plate 12 is obtained.
【００６１】つぎに、上述した各プローブのプレート１
２を支えるための保持板１３の製法について説明する。
保持板１３の両サイドは試料に接触しないように角部が
削られた構造となっているが、このような構造とするた
めには、図１６に示すように、あらかじめ角を落したマ
スクパターンを用いることで形成可能である。すなわ
ち、斜面３０を形成したシリコン基板１９の面に両サイ
ドの角を落したパターン４１を形成し、裏側にはそれよ
りもやや大きめに角を取ったパターン４２を形成する。
その後、水酸化カリウムの水溶液でエッチングすると、
図１に示すプローブまたはそれに類似のプローブを得る
ことができる。Next, the plate 1 of each probe described above
The manufacturing method of the holding plate 13 for supporting the 2 will be described.
Both sides of the holding plate 13 have a structure in which the corners are cut so as not to come into contact with the sample. In order to have such a structure, as shown in FIG. Can be formed by using. That is, on the surface of the silicon substrate 19 on which the slope 30 is formed, the pattern 41 with the corners on both sides dropped is formed, and on the back side, the pattern 42 with the corners slightly larger than that is formed.
After that, when etching with an aqueous solution of potassium hydroxide,
The probe shown in FIG. 1 or a probe similar thereto can be obtained.
【００６２】なお、上述のプローブの製造方法において
は、熱拡散による酸化シリコン（ＳｉＯ2）を用いた
が、これはＣＶＤによる窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、他
のセラミック材料で代用することも可能である。また、
上述のプローブの製造方法においては、フッ化水素酸
（ＨＦ）とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）との混合液
によるウエットエッチングを用いて酸化シリコン膜をパ
ターニングしたが、ＨＦやＣＨＦ3等のガスを用いたド
ライエッチングでも同様にパターニングが可能である。Although silicon oxide (SiO 2 ) formed by thermal diffusion is used in the above-described probe manufacturing method, silicon nitride (Si 3 N 4 ) formed by CVD or another ceramic material may be used instead. It is possible. Also,
In the above-described probe manufacturing method, the silicon oxide film was patterned by using wet etching with a mixed solution of hydrofluoric acid (HF) and ammonium fluoride (NH 4 F), but a gas such as HF or CHF 3 was used. Patterning is also possible by dry etching using.
【００６３】図１７はこの発明に係る他の表面観察装置
用プローブを示す斜視図である。この表面観察装置用プ
ローブを製造するには、まず半導体リソグラフィ技術な
どにより一端が保持板１４４に固定された片持ちのプレ
ート１４２を作製する。ここで、プレート１４２の材料
としては、剛性が高く比重の小さいものたとえばＳｉＯ
2が望ましい。つぎに、プレート１４２の自由端側に探
針１４６を付着する。この工程は、集束イオンビームを
用いた移植技術により行なう。すなわち、探針部材をた
とえば圧電素子を用いた移動機構で保持し、直径０．１
μｍ以下に小さく収束したイオンビームによりプレート
１４２の先端部の二次電子像を観察しながら、探針部材
をプレート１４２の所望の位置に搬送する。つぎに、ガ
リウム集束イオンビームにより探針部材の一部をスパッ
タリングすることにより、プレート１４２に探針部材を
接着する。さらに、集束イオンビームを探針１４６の先
端部に照射し、鋭い形態に加工する。これにより探針１
４６の頂角θを約２０度、先端部の曲率半径を５０ｎｍ
以下に加工する。なお、探針１４６の頂角θは、加工時
の集束イオンビームの走査方向を任意に変えることによ
り、任意に変化できる。また、探針１４６を構成する探
針部材の材質はプレート１４２と異種もしくは同種のい
ずれでも効果は同じである。この実施例では、Ｗ、Ｎ
ｉ、ＴｉＣ、Ｆｅ、ＬａＢ6などを探針部材として用い
たが、いずれも同様の高分解能表面情報の検出効果を持
った原子間力顕微鏡用の探針を得ることができた。FIG. 17 is a perspective view showing a probe for another surface observation apparatus according to the present invention. In order to manufacture the probe for the surface observation apparatus, first, the cantilever plate 142 having one end fixed to the holding plate 144 is manufactured by a semiconductor lithography technique or the like. Here, as the material of the plate 142, one having high rigidity and small specific gravity, for example, SiO
2 is preferable. Next, the probe 146 is attached to the free end side of the plate 142. This step is performed by a transplantation technique using a focused ion beam. That is, the probe member is held by a moving mechanism using, for example, a piezoelectric element, and the diameter of 0.1
The probe member is transported to a desired position on the plate 142 while observing the secondary electron image of the tip end portion of the plate 142 by the ion beam converged to a small size of μm or less. Next, a part of the probe member is sputtered with a gallium focused ion beam to bond the probe member to the plate 142. Further, a focused ion beam is applied to the tip of the probe 146 to form a sharp shape. This makes the probe 1
The apex angle θ of 46 is about 20 degrees, and the radius of curvature of the tip is 50 nm.
Processed below. The apex angle θ of the probe 146 can be arbitrarily changed by arbitrarily changing the scanning direction of the focused ion beam during processing. Further, the material of the probe member forming the probe 146 may be different from or the same as that of the plate 142, and the effect is the same. In this embodiment, W, N
Although i, TiC, Fe, LaB 6 and the like were used as the probe member, it was possible to obtain a probe for an atomic force microscope having a similar effect of detecting high resolution surface information.
【００６４】また、探針１４６の先端部に磁性体を蒸着
し、高分解能の磁気力顕微鏡用の磁性探針を得ることが
できた。磁性探針用の磁性体材料としてはＣｏ、Ｆｅを
主成分とし、これにＮｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｃ、Ｎな
どを添加した合金あるいは多層膜あるいは酸化物を使用
する。磁性探針の磁化容易軸の向きを制御するために、
蒸着時の蒸着方向を０〜９０度の範囲で変化した。磁性
探針の飽和磁化は１００ｋＡ／ｍ以上、保磁力は８０Ａ
／ｍ以上が望ましく、これらの特性は磁性材料の組成や
蒸着時の温度を適切に選ぶことにより、任意に制御でき
る。磁性探針の飽和磁化は、ＣｏまたはＦｅあるいはＮ
ｉの含有量を７５ａｔ％以上とすることにより１００ｋ
Ａ／ｍ以上の値を達成した。また、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉに
５〜２５ａｔ％のＣｒ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｃ、Ｎあるいは酸
素を添加することにより８０Ａ／ｍ以上の保磁力を達成
した。Further, a magnetic substance was vapor-deposited on the tip of the probe 146, and a high resolution magnetic probe for a magnetic force microscope could be obtained. As a magnetic material for the magnetic probe, an alloy, a multi-layer film or an oxide containing Co and Fe as main components, to which Ni, Cr, Pt, Zr, C and N are added is used. To control the direction of the easy axis of magnetization of the magnetic probe,
The vapor deposition direction during vapor deposition was changed in the range of 0 to 90 degrees. The magnetic probe has a saturation magnetization of 100 kA / m or more and a coercive force of 80 A.
/ M or more is desirable, and these characteristics can be arbitrarily controlled by appropriately selecting the composition of the magnetic material and the temperature during vapor deposition. The saturation magnetization of the magnetic probe is Co, Fe, or N
100k by setting the content of i to 75 at% or more
A value of A / m or more was achieved. A coercive force of 80 A / m or more was achieved by adding 5 to 25 at% of Cr, Pt, Zr, C, N or oxygen to Co, Fe and Ni.
【００６５】この実施例では、ＳｉＯ2を用いた場合に
ついて説明したが、Ｓｉ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｗ、Ｍｏ、ダイヤ
モンド状カーボンあるいはステンレス鋼を用いて同様の
構成のプレートを作製しても、いずれも同様の効果が得
られることはいうまでもない。In this embodiment, the case of using SiO 2 has been described. However, even if a plate having the same structure is manufactured by using Si, Si 3 N 4 , W, Mo, diamond-like carbon or stainless steel, It goes without saying that the same effect can be obtained in both cases.
【００６６】図１８はこの発明に係る他の表面観察装置
用プローブの製造方法の説明図である。この表面観察装
置用プローブの製造方法においては、まず図１８(ａ)に
示すように、半導体リソグラフィ技術により、プレート
１２と探針１１とが一体に構成されたプローブを作製す
る。ここで、プレート１２、探針１１はＳｉＯ2で構成
されており、これらはお互いに異なった角度で接続され
ている。また、プレート１２、探針１１の厚さは約１μ
ｍ、長さは約１８０μｍで、バネ定数は約１Ｎ／ｍであ
った。つぎに、図１８(ｂ)に示すように、探針１１の片
面に磁性材１８をスパッタリング法により付着する。つ
ぎに、集束イオンビームを用いて探針１１をスパッタリ
ング加工し、頂角θが約１８度、先端部の曲率半径が約
４０ｎｍの先端が鋭く尖った探針１１を作製した。同時
に探針１１以外のプレート１２の面に付着した磁性体は
集束イオンビームによりスパッタリング加工することに
より除去した。これにより高感度、高分解能の磁気情報
検出に適した磁性探針を得ることができた。この実施例
において、磁性材１８を付着する工程を省くことによ
り、同様に探針１１の頂角が小さく、高分解能表面情報
検出に適した原子間力顕微鏡用の探針を得ることができ
た。FIG. 18 is an explanatory view of a method for manufacturing a probe for another surface observation apparatus according to the present invention. In the method of manufacturing the probe for the surface observation apparatus, first, as shown in FIG. 18A, a probe in which the plate 12 and the probe 11 are integrally formed is manufactured by a semiconductor lithography technique. Here, the plate 12 and the probe 11 are made of SiO 2 , and they are connected to each other at different angles. The thickness of the plate 12 and the probe 11 is about 1 μm.
m, the length was about 180 μm, and the spring constant was about 1 N / m. Next, as shown in FIG. 18B, the magnetic material 18 is attached to one surface of the probe 11 by the sputtering method. Next, the probe 11 was sputtered using a focused ion beam to produce a probe 11 having a sharp tip with an apex angle θ of about 18 degrees and a radius of curvature of the tip of about 40 nm. At the same time, the magnetic substance attached to the surface of the plate 12 other than the probe 11 was removed by sputtering with a focused ion beam. As a result, a magnetic probe suitable for detecting magnetic information with high sensitivity and high resolution could be obtained. In this example, by omitting the step of attaching the magnetic material 18, the apex angle of the probe 11 was similarly small, and a probe for an atomic force microscope suitable for high resolution surface information detection could be obtained. .
【００６７】なお、この実施例では、酸化シリコンでプ
レート１２、探針１１を構成した場合を説明したが、プ
レート、探針を窒化シリコン、Ｗ、Ｎｉ等で構成しても
よいことはいうまでもない。In this embodiment, the plate 12 and the probe 11 are made of silicon oxide, but the plate and the probe may be made of silicon nitride, W, Ni or the like. Nor.
【００６８】この発明により作製した探針を用いて原子
間力や磁気力を検出する表面観察装置を第１９図により
説明する。まず、探針１４６の先端が試料１５２の面に
対して垂直になるように設置する。この探針１４６およ
びプレート１４２の両面にはＡｕ、Ｐｔなどの電気導電
性の被覆層１５３を形成する。つぎに、先端が鋭く尖っ
たＷ線、Ｐｔ線等からなるＳＴＭの針１５５をプレート
１４２の試料１５２と反対側の面に接近させて設置し、
プレート１４２の面と針１５５との間のトンネル電流を
検出することにより、試料１５２と探針１４６との間に
作用する原子間力あるいは磁気力によるプレート１４２
の変位を検出する。このようにして、磁性試料の表面に
おける漏洩磁界によるプレート１４２の変位を検出し、
この結果より磁性試料の磁区構造などの磁気力情報を得
る。また、非磁性試料と探針１４６との間に作用する原
子間力によるプレート１４２の変位を検出することによ
り、表面形態等の表面情報を得る。A surface observation apparatus for detecting atomic force and magnetic force using the probe manufactured according to the present invention will be described with reference to FIG. First, the tip of the probe 146 is installed so as to be perpendicular to the surface of the sample 152. An electrically conductive coating layer 153 such as Au or Pt is formed on both surfaces of the probe 146 and the plate 142. Next, an STM needle 155 having a sharply pointed W line, Pt line, or the like is installed close to the surface of the plate 142 opposite to the sample 152,
By detecting the tunnel current between the surface of the plate 142 and the needle 155, the plate 142 by the atomic force or magnetic force acting between the sample 152 and the probe 146 is detected.
Detects the displacement of. In this way, the displacement of the plate 142 due to the leakage magnetic field on the surface of the magnetic sample is detected,
From this result, magnetic force information such as the magnetic domain structure of the magnetic sample is obtained. Further, surface information such as surface morphology is obtained by detecting the displacement of the plate 142 due to the atomic force acting between the non-magnetic sample and the probe 146.
【００６９】なお、磁性探針の表面に被覆層を形成する
ことにより、空気中や真空中あるいは各種ガス雰囲気で
長時間動作しても、再現性のよい測定ができる。また、
被覆層としては、Ｐｔの他にＲｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｐｄお
よびこれを含む合金を用いても効果は同じである。ま
た、この実施例では、プレート１４２の変位の検出手段
としてプレート１４２の面と針１５５との間のトンネル
電流を用いて説明したが、プレート１４２の後方にレー
ザービームなどを照射して行なう光干渉法や光てこ法な
どの光学的な変位を検出する手段あるいは静電容量検出
器による手段を用いてもよいことはいうまでもない。By forming a coating layer on the surface of the magnetic probe, it is possible to perform measurement with good reproducibility even when operating for a long time in air, vacuum, or various gas atmospheres. Also,
The same effect can be obtained by using Ru, Rh, Au, Pd, or an alloy containing them as well as Pt as the coating layer. Further, in this embodiment, the tunnel current between the surface of the plate 142 and the needle 155 was used as the means for detecting the displacement of the plate 142, but the optical interference performed by irradiating the laser beam or the like behind the plate 142. It goes without saying that a means for detecting an optical displacement such as an optical method or an optical lever method, or a means using a capacitance detector may be used.
【００７０】[0070]
【発明の効果】以上の説明したように、この発明の表面
観察装置用プローブ、その製造方法、表面観察装置にお
いては、容易に製造することがきでるから、製造コスト
が安価である。As described above, the probe for surface observing apparatus, the method of manufacturing the same, and the surface observing apparatus of the present invention can be easily manufactured, so that the manufacturing cost is low.
【００７１】また、保持板のプレート突出部の側壁面の
傾斜角度をプレートの面に対して０〜９０度とすれば、
プレートに変位測定手段を接近させやすいから、測定を
容易に行なうことができる。If the inclination angle of the side wall surface of the plate protruding portion of the holding plate is 0 to 90 degrees with respect to the plate surface,
Since the displacement measuring means is easily brought close to the plate, the measurement can be easily performed.
【００７２】また、保持板のプレート突出部の側壁面の
左右の角部を欠落すれば、保持板の角部が試料に接触す
ることがないから、確実に測定を行なうことができる。If the left and right corners of the side wall surface of the plate protrusion of the holding plate are omitted, the corners of the holding plate will not come into contact with the sample, so that the measurement can be reliably performed.
【００７３】また、保持板のプレート突出部の側壁面の
幅をプレートの幅よりも大きくすれば、プレートの保持
板から突出した部分だけがたわむから、正確に測定を行
なうことができる。If the width of the side wall surface of the plate projecting portion of the holding plate is made larger than the width of the plate, only the portion of the plate projecting from the holding plate is bent, so that accurate measurement can be performed.
【００７４】また、プレートの一部にトンネル電流検出
用の針を設ければ、端面が平坦な金属棒を用いてトンネ
ル電流を検出することができるから、容易に検出するこ
とができる。Further, if a needle for detecting a tunnel current is provided on a part of the plate, the tunnel current can be detected using a metal rod having a flat end surface, and therefore the tunnel current can be easily detected.
【００７５】また、トンネル電流検出用の針を探針と一
体で形成すれば、トンネル電流検出用の針を容易に製造
することができるから、製造コストが安価である。Further, if the needle for detecting the tunnel current is formed integrally with the probe, the needle for detecting the tunnel current can be easily manufactured, so that the manufacturing cost is low.
【００７６】また、シリコンウエハを異方性エッチング
で加工した突起部の斜面に探針を形成し、突起部の斜面
の下部の平坦面にプレートを形成し、シリコンウエハの
一部で保持板を形成すれば、容易に製造することがきで
るから、製造コストが安価である。Further, a probe is formed on the slope of the protrusion obtained by processing the silicon wafer by anisotropic etching, a plate is formed on the flat surface below the slope of the protrusion, and a holding plate is formed on a part of the silicon wafer. If formed, it can be easily manufactured, and thus the manufacturing cost is low.
【００７７】また、シリコンウエハの面を（１００）面
に対して０〜２０度の範囲で傾斜すれば、プレートの面
と探針の面とのなす角を５４．７度±２０度の範囲で任
意に定めることができるから、プレートの面と探針の面
とのなす角を適正にすることができる。If the surface of the silicon wafer is inclined with respect to the (100) plane in the range of 0 to 20 degrees, the angle formed by the surface of the plate and the surface of the probe is in the range of 54.7 degrees ± 20 degrees. The angle formed by the surface of the plate and the surface of the probe can be made appropriate because the angle can be arbitrarily set with.
【００７８】また、探針の面に磁性体を付着すれば、磁
気顕微鏡のプローブとして使用することができるから、
磁気ディスクの表面の磁区を測定することができる。If a magnetic substance is attached to the surface of the probe, it can be used as a probe for a magnetic microscope.
The magnetic domains on the surface of the magnetic disk can be measured.
【００７９】また、探針の先端を集束イオンビームで鋭
利に加工すれば、解像度を向上することができるから、
正確に測定を行なうことができる。If the tip of the probe is sharply processed with a focused ion beam, the resolution can be improved.
Accurate measurements can be performed.
【００８０】また、プレートの一端に探針材料を移植し
て探針を形成し、集束イオンビームで探針の頂角を５５
度以下に鋭く尖らせれば、解像度を向上することができ
るから、正確に測定を行なうことができる。Further, a probe material is implanted into one end of the plate to form a probe, and the apex angle of the probe is set to 55 by a focused ion beam.
If the sharpness is sharper than a certain degree, the resolution can be improved, so that accurate measurement can be performed.
【００８１】また、探針およびプレートの面に磁性体を
付着したのちに、探針を構成する部分以外の面の磁性体
を集束イオンビームで除去すれば、漏洩磁界分布が乱さ
れることがないから、磁気力情報の分解能が低下するこ
とはない。If the magnetic substance is attached to the surfaces of the probe and the plate and then the magnetic substance on the surface other than the portion constituting the probe is removed by the focused ion beam, the leakage magnetic field distribution may be disturbed. Since it does not exist, the resolution of magnetic force information does not decrease.
【００８２】また、探針の長さを３μｍ以上とすれば、
アスペクト比の大きい起伏を有する試料の表面情報を得
ることができるから、正確に測定を行なうことができ
る。If the length of the probe is 3 μm or more,
Since it is possible to obtain surface information of a sample having undulations having a large aspect ratio, accurate measurement can be performed.
【００８３】また、探針の頂角を５５度以下とし、探針
の最先端部の曲率半径を５０ｎｍ以下とすれば、正確な
試料の表面情報を得ることができるから、正確に測定を
行なうことができる。If the apex angle of the probe is 55 degrees or less and the radius of curvature of the tip of the probe is 50 nm or less, accurate surface information of the sample can be obtained, so that accurate measurement is performed. be able to.
【００８４】また、探針の先端部に磁性体を付着すれ
ば、磁気顕微鏡として使用することができるから、磁気
ディスクの表面の磁区を測定することができる。If a magnetic substance is attached to the tip of the probe, it can be used as a magnetic microscope, so that the magnetic domains on the surface of the magnetic disk can be measured.
【００８５】このように、この発明の効果は顕著であ
る。As described above, the effect of the present invention is remarkable.
【図１】この発明に係る表面観察装置用プローブを示す
斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a probe for a surface observation apparatus according to the present invention.
【図２】図１に示した表面観察装置用プローブを示す断
面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a probe for a surface observation device shown in FIG.
【図３】この発明に係る他の表面観察装置用プローブを
示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing another probe for a surface observation apparatus according to the present invention.
【図４】この発明に係る他の表面観察装置用プローブを
示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a probe for another surface observation device according to the present invention.
【図５】図１に示した表面観察装置用プローブを示す断
面図である。5 is a cross-sectional view showing a probe for a surface observation device shown in FIG.
【図６】図１に示した表面観察装置用プローブの使用方
法の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a method of using the probe for the surface observation apparatus shown in FIG.
【図７】図１に示した表面観察装置用プローブの他の使
用方法の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of another method of using the probe for the surface observation apparatus shown in FIG.
【図８】この発明に係る他の表面観察装置用プローブを
示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a probe for another surface observation apparatus according to the present invention.
【図９】この発明に係る他の表面観察装置用プローブを
示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a probe for another surface observation apparatus according to the present invention.
【図１０】この発明に係る他の表面観察装置用プローブ
を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a probe for another surface observation apparatus according to the present invention.
【図１１】この発明に係る他の表面観察装置用プローブ
を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a probe for another surface observation apparatus according to the present invention.
【図１２】図１１に示した表面観察装置用プローブを示
す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a probe for a surface observation device shown in FIG.
【図１３】図１に示した表面観察装置用プローブの製造
方法の説明図である。FIG. 13 is an explanatory view of the method for manufacturing the probe for the surface observation apparatus shown in FIG. 1.
【図１４】図１０に示した表面観察装置用プローブの製
造方法の説明図である。FIG. 14 is an explanatory view of the method for manufacturing the probe for the surface observation apparatus shown in FIG.
【図１５】図１１、図１２に示した表面観察装置用プロ
ーブの製造方法の説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram of a method for manufacturing the probe for the surface observation device shown in FIGS. 11 and 12.
【図１６】この発明に係る表面観察装置用プローブの保
持板の製法の説明図である。FIG. 16 is an explanatory view of a method for manufacturing a holding plate of the probe for a surface observation apparatus according to the present invention.
【図１７】この発明に係る他の表面観察装置用プローブ
を示す斜視図である。FIG. 17 is a perspective view showing a probe for another surface observation apparatus according to the present invention.
【図１８】この発明に係る他の表面観察装置用プローブ
の製造方法の説明図である。FIG. 18 is an explanatory view of the method for manufacturing the probe for another surface observation apparatus according to the present invention.
【図１９】この発明に係る表面観察装置を示す概略図で
ある。FIG. 19 is a schematic view showing a surface observation device according to the present invention.
【図２０】従来の表面観察装置用プローブを示す斜視図
である。FIG. 20 is a perspective view showing a conventional probe for a surface observation apparatus.
【図２１】図２０に示した表面観察装置用プローブの製
造方法の説明図である。FIG. 21 is an explanatory view of the method for manufacturing the probe for the surface observation device shown in FIG. 20.
１１…探針 １２…プレート １３…保持板 １５…傾斜面 １６…傾斜面 １８…磁性材料 ２７…針 １４２…プレート １４４…保持板 １４６…探針 11 ... Tip 12 ... Plate 13 ... Holding plate 15 ... Slope 16 ... Inclined surface 18 ... Magnetic material 27 ... Needle 142 ... Plate 144 ... holding plate 146 ... probe
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保坂 純男 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 本多 幸雄 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大西 毅 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日立 製作所那珂工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Sumio Hosaka 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Yukio Honda 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Takeshi Onishi Hitachi, Ltd. 882, Imo, Katsuta-shi, Ibaraki Factory Naka Factory
Claims (18)
力を変位に変換するプレートとを有する表面観察装置用
プローブにおいて、上記探針を上記プレートと一体で形
成し、上記プレートの上記探針が突き出している側と反
対側の面に保持板を上記プレートと一体に構成したこと
を特徴とする表面観察装置用プローブ。1. A probe for a surface observation apparatus having a probe and a plate for converting a force acting between a sample and the probe into a displacement, wherein the probe is formed integrally with the plate, A probe for a surface observing device, characterized in that a holding plate is integrally formed with the plate on the surface of the plate opposite to the side where the probe protrudes.
の左右の角部を欠落したことを特徴とする請求項１に記
載の表面観察装置用プローブ。2. The probe for a surface observation apparatus according to claim 1, wherein left and right corners of a side wall surface of the plate protrusion of the holding plate are omitted.
の傾斜角度を上記プレートの面に対して０〜９０度とし
たことを特徴とする請求項１に記載の表面観察装置用プ
ローブ。3. The probe for a surface observing apparatus according to claim 1, wherein the inclination angle of the side wall surface of the plate protrusion of the holding plate is 0 to 90 degrees with respect to the surface of the plate.
の幅を上記プレートの幅よりも大きくしたことを特徴と
する請求項１に記載の表面観察装置用プローブ。4. The probe for a surface observation apparatus according to claim 1, wherein the width of the side wall surface of the plate protrusion of the holding plate is made larger than the width of the plate.
の針を設けたことを特徴とする請求項１に記載の表面観
察装置用プローブ。5. A probe for a surface observation apparatus according to claim 1, wherein a needle for detecting a tunnel current is provided on a part of the plate.
一体で形成したことを特徴とする請求項５に記載の表面
観察装置用プローブ。6. The probe for a surface observation apparatus according to claim 5, wherein the needle for detecting the tunnel current is formed integrally with the probe.
力を変位に変換するプレートとを有する表面観察装置用
プローブを製造する方法において、シリコン基板に形成
した酸化シリコンまたは窒化シリコンの薄膜を素材とし
て上記探針および上記プレートを形成し、上記シリコン
基板を加工することにより上記保持板を形成することを
特徴とする表面観察装置用プローブの製造方法。7. A method for manufacturing a probe for a surface observing device, comprising: a probe; and a plate for converting a force acting between a sample and the probe into a displacement. A method for manufacturing a probe for a surface observation apparatus, comprising forming the probe and the plate using a thin film of silicon as a material, and processing the silicon substrate to form the holding plate.
工した突起部の斜面に上記探針を形成し、上記突起部の
斜面の下部の平坦面に上記プレートを形成し、上記シリ
コン基板の一部で上記保持板を形成したことを特徴とす
る請求項７に記載の表面観察装置用プローブの製造方
法。8. The silicon substrate is processed by anisotropic etching, the probe is formed on the slope of the protrusion, and the plate is formed on the flat surface below the slope of the protrusion. The method for manufacturing a probe for a surface observation apparatus according to claim 7, wherein the holding plate is formed by a portion.
して０〜２０度の範囲で傾斜することを特徴とする請求
項８に記載の表面観察装置用プローブの製造方法。9. The method for manufacturing a probe for a surface observation apparatus according to claim 8, wherein the surface of the silicon substrate is inclined within a range of 0 to 20 degrees with respect to the (100) plane.
特徴とする請求項７に記載の表面観察装置用プローブの
製造方法。10. The method for manufacturing a probe for a surface observation apparatus according to claim 7, wherein a magnetic material is attached to the surface of the probe.
利に加工することを特徴とする請求項７に記載の表面観
察装置用プローブの製造方法。11. The method for manufacturing a probe for a surface observation apparatus according to claim 7, wherein the tip of the probe is sharply processed with a focused ion beam.
て上記探針を形成し、集束イオンビームで上記探針の頂
角を５５度以下に鋭く尖らせることを特徴とする請求項
７に記載の表面観察装置用探針の製造方法。12. The probe is formed by implanting a probe material at one end of the plate, and the apex angle of the probe is sharply sharpened to 55 degrees or less by a focused ion beam. A method for manufacturing a probe for a surface observation apparatus according to item 1.
体を付着したのちに、上記探針を構成する部分以外の面
の上記磁性体を集束イオンビームで除去することを特徴
とする請求項７に記載の表面観察装置用探針の製造方
法。13. A magnetic material is attached to the surfaces of the probe and the plate, and then the magnetic material on the surface other than the portion constituting the probe is removed by a focused ion beam. 7. A method for manufacturing a probe for a surface observation device according to 7.
た力を変位に変換するプレートとを有する表面観察装置
用プローブおよび上記表面観察装置用プローブの変位を
検出する変位検出手段を有する表面観察装置において、
上記探針を上記プレートと一体で形成し、上記プレート
の上記探針が形成されている側と反対側の面に保持板を
上記プレートと一体に構成したことを特徴とする表面観
察装置。14. A probe for a surface observing device having a probe and a plate for converting a force acting between a sample and the probe into a displacement, and a displacement detecting means for detecting a displacement of the probe for the surface observing device. In the surface observation device having
A surface observation apparatus, wherein the probe is formed integrally with the plate, and a holding plate is formed integrally with the plate on a surface of the plate opposite to the side where the probe is formed.
を特徴とする請求項１４に記載の表面観察装置。15. The surface observation apparatus according to claim 14, wherein the length of the probe is 3 μm or more.
が異なることを特徴とする請求項１４に記載の表面観察
装置。16. The surface observation apparatus according to claim 14, wherein the material of the probe is different from the material of the plate.
探針の最先端部の曲率半径を５０ｎｍ以下としたことを
特徴とする請求項１４に記載の表面観察装置。17. The surface observation apparatus according to claim 14, wherein the apex angle of the probe is 55 degrees or less, and the radius of curvature of the tip of the probe is 50 nm or less.
とを特徴とする請求項１４に記載の表面観察装置。18. The surface observation apparatus according to claim 14, wherein a magnetic material is attached to the tip of the probe.
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|---|---|---|---|
| JP3170012A JP2984094B2 (en) | 1991-07-10 | 1991-07-10 | Probe for surface observation device, method of manufacturing the same, and surface observation device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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